型钢混凝土结构

型钢混凝土结构

摘要：简要介绍型钢混凝土结构的类型及优越性，并对其在国内外的发展过程及应用现状做出评述，应用具有理论意义和实用价值。

关键词：型钢混凝土结构

一、型钢混凝土结构概况

（一）型钢混凝土结构的一般概念

近年来，随着我国建筑业的快速发展，型钢混凝土组合结构在各种工程结构中得到了更为广泛的应用。在大跨度建筑、高层以及超高层建筑工程中，型钢混凝土组合结构体现出了比钢结构和钢筋混凝土结构更加优越的特性。

一、概述

型钢混凝土组合结构的特性是在型钢结构的外面有一层混凝土的外壳，过去也采用劲性钢筋混凝土结构这个名称。型钢混凝土组合结构构件中除配置型钢外，一般还应配置普通纵向钢筋和箍筋。在型钢混凝土组合结构构件中型钢可以分为实腹式和空腹式两大类。空腹式型钢比较节省材料，但制作费用较多，实腹式型钢制作简便，承载能力大。

型钢混凝土组合结构具有以下优点：

1.型钢混凝土组合结构承载力高，刚度大，截面小，更能满足高层及超高层建筑的要求。

2.型钢混凝土组合结构施工速度快，工期短。

3.型钢混凝土组合结构的延性好，抗震性能更加优越。

4.型钢混凝土组合结构的耐久性和耐火性均好于钢结构。

5.型钢混凝土组合结构与钢结构相比，可大大的节约钢材。型钢混凝土框架比钢

框架可节省钢材达50%或者更多一些。

二、型钢混凝土的材料性能和一般构造要求：

1.型钢：型钢混凝土构件的型钢材料宜采用牌号Q235的碳素结构钢以及Q345的低合金高强度结构钢，其质量标准应符合现行国家标准，钢材性能要求应满足抗拉强度、伸长率、屈服点、硫磷含量、冷弯实验、冲击韧性合格的要求。若用于地震区，应具有良好的延性，钢材的极限抗拉强度和屈服强度不能太接近，其强屈比不小于1.2。

型钢混凝土组合结构构件中的型钢板厚不宜过薄，以利于焊接和满足局部稳定要求，厚度不宜小于6mm。由于型钢受混凝土和箍筋的约束，不易发生局部压屈，因此，钢板的宽厚比可大致比纯钢结构放松1.5~1.7倍

2.钢筋和混凝土：

型钢混凝土组合结构中的纵向钢筋和箍筋宜采用延性较好的热轧钢筋，其纵向受力钢筋直径不宜小于16mm，纵筋与型钢的净间距不宜小于30mm，其他构造要求均应满足国标《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）的要求。

为了充分发挥型钢混凝土组合结构中型钢的作用，混凝土强度等级不宜小于C30。为便于混凝土的浇筑，规定混凝土最大骨料直径小于型钢外侧混凝土保护层厚度的1/3，且不宜大于25mm。

3.混凝土保护层厚度：

型钢混凝土构件中对钢筋的混凝土保护层厚度要求与钢筋混凝土结构相同，对型钢也有一定的混凝土保护层厚度的要求，这是为了防止型钢发生局部压屈变形，保证型钢、钢筋混凝土相互粘结而整体工作，也是为了提高型钢混凝土结构的耐火性和耐久性。

三、型钢混凝土梁

1．正截面承载力计算：

空腹式型钢混凝土梁的受弯性能与钢筋混凝土梁基本相同，在进行正截面承载力计算时，可分别将其上弦型钢和下弦型钢作为纵向钢筋考虑，计算方法与钢筋混凝土受弯构件相同。其中斜腹杆承载力的竖向分力可作为受剪箍筋考虑。

实腹式型钢混凝土梁的正截面受弯承载力计算（详见公式（1）），是把型钢翼缘作为纵向钢筋的一部分，在平衡式中增加了型钢腹板受弯承载力项Maw和型钢腹板轴向承载力项Naw。Maw、Naw的确定是通过对型钢腹板应力分布积分，再做一定的简化得出的。

实腹式型钢混凝土梁的破坏始于受压区混凝土的压碎，其保护层剥落的范围和程度均大于钢筋混凝土梁，延性好于钢筋混凝土梁，荷载-挠度曲线进入下降段后，可经历较大的变形，同时保留了相当的承载力；未设置剪力连接件的型钢混凝土梁，在荷载达到极限荷载的80%以前，可以保证型钢与混凝土整体共同工作，在荷载达到极限荷载的80%以后，型钢与混凝土的变形不能协调一致。设有剪力连接件的梁方能保证型钢与混凝土的整体共同工作。

2.斜截面承载力的计算：

型钢混凝土梁在剪力作用下的破坏过程与钢筋混凝土梁比较有以下特点：（1）由于实腹式型钢具有较大的刚度，在梁中腹板又是连续分布的，所以能够较好的抑制斜裂缝的开展。（2）由于实腹式型钢对斜截面抗剪的贡献，使型钢混凝土梁的抗剪承载力明显高于钢筋混凝土梁。（3）型钢混凝土梁在剪力作用下破坏时表现出较好的延性。从型钢腹板屈服至达到极限承载力，经历了较长的发展过程，达

到极限承载力之后，承载力的下降过程也较缓慢，这与钢筋混凝土梁的剪切脆性破坏是明显不同的。

型钢混凝土梁斜截面的破坏形态，有三种。（1）当剪跨比较小（λ<1.5）或含钢率较大时，发生斜压破坏。防止斜压破坏由截面控制条件来保证。通过集中荷载作用下斜截面受剪承载力实验，建立了控制斜压破坏的截面控制条件，给出了型钢混凝土梁受剪承载力的上限，此条件对均布荷载是偏于安全的（详见公式（2））。（2）当剪跨比较大（λ>2.0）且含钢率较小时，型钢混凝土梁发生剪压破坏，防止剪压破坏由受剪承载力计算来保证（详见公式（3））。当不配置箍筋或箍筋很少而剪跨比较大时，发生剪切粘结破坏。

应该注意，由于对型钢混凝土宽扁梁尚未进行实验研究，为此，规程规定的框架梁受剪承载力计算公式对宽扁梁不能直接采用。

3.裂缝和变形验算：

型钢混凝土梁的裂缝宽度计算公式是基于把型钢翼缘作为纵向受力钢筋，且考虑部分型钢腹板的影响，按国家标准《混凝土结构设计规范》的有关裂缝宽度计算公式的形式，建立了型钢混凝土梁在短期效应组合作用下并考虑长期效应组合影响的最大裂缝宽度计算公式。

型钢混凝土梁的开裂荷载约为极限荷载的10%~15%。裂缝会首先出现在弯距最大截面附近。

假定型钢混凝土梁在加载过程中截面平均应变符合平截面假定，且型钢与混凝土截面变形的平均曲率相同，因此截面抗弯刚度可以采用钢筋混凝土截面抗弯刚度和型钢截面抗弯刚度叠加的原则来处理。

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